(57)【要約】      （修正有）【課題】放熱能力を増大することができ、ヒートシンクに設置した電子機器を均一に冷却することができるヒートシンクを得る。【解決手段】ベース板３と、ベース板３に垂直に設置された対向する１対の側板４と、１対の側板４の間に側板４と平行にベース板３に設置された複数の板状のフィン５と、側板４にベース板３と対向して設置された上板６と、両端に設置されたフィン５間の距離よりも小さい直径を有し、ベース板３と上板６との間に上板６に接して設置された軸流ファン７と、軸流ファン７の下部を通り、一方の側板４から他方の側板４までを結ぶ通風路とを備える。【選択図】図１
2006237366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース板と、
前記ベース板に垂直に設置された対向する１対の側板と、
前記１対の側板の間に前記側板と平行に前記ベース板に設置された複数の板状のフィンと、
前記側板に前記ベース板と対向して設置された上板と、
両端に設置されたフィン間の距離よりも小さい直径を有し、前記ベース板と前記上板との間に前記上板に接して設置された軸流ファンと、
前記軸流ファンの下部を通り、一方の側板から他方の側板までを結ぶ通風路とを備えたことを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
側板と平行な通風断面における通風路の底部から上板までの高さは、軸流ファンの回転軸を含みかつ側板と垂直な面と交わる部分が最も高いことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
【請求項３】
側板と平行な通風断面における通風路の底部から上板までの高さは、側板と平行な方向に変化することを特徴とする請求項１または２記載のヒートシンク。
【請求項４】
個々のフィンの高さは、軸流ファンの回転軸を含み側板に対して垂直な面と交わる部分が最も低いことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
【請求項５】
個々のフィンの高さは、前記フィンの端部に近づくに従って高くなることを特徴とする請求項１または請求項４記載のヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パワーモジュールなどの電子機器を冷却するためのヒートシンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートシンクでは、ヒートシンクの小型化を図るためにファンをヒートシンク本体の内部に配備している（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３０３３４８号公報（段落番号００１１、図２）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ヒートシンクの単位容積あたりの放熱能力を大きくするためには、ヒートシンク全体におけるファンの容積を小さくし、放熱部であるフィンの容積を大きくする必要がある。しかしながら、ファンを内部に設置したヒートシンクの場合、図１０に示すように、ファンの直径ｄよりも両端に設置したフィン間の距離Ｇｆを長くすると、フィンの列方向においてファンより外側の領域には、空気が流れず、ヒートシンクの放熱能力を増大することができないという問題が生じていた。また、軸流ファンを用いた場合には、軸流ファンの中心直下は、空気が流れにくく放熱量が小さいので、ヒートシンクに設置した電子機器を均一に冷却することができないという問題もあった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためのものであり、放熱能力を増大することができ、ヒートシンクに設置した電子機器を均一に冷却することができるヒートシンクを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るヒートシンクは、ベース板と、ベース板に垂直に設置された対向する１対の側板と、１対の側板の間に側板と平行にベース板に設置された複数の板状のフィンと、側板にベース板と対向して設置された上板と、両端に設置されたフィン間の距離よりも小さい直径を有し、ベース板と上板との間に上板に接して設置された軸流ファンと、
軸流ファンの下部を通り、一方の側板から他方の側板までを結ぶ通風路とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、放熱能力を増大することができ、ヒートシンクに設置した電子機器を均一に冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるヒートシンクとこのヒートシンクに設置した電子機器の斜視図である。
【０００９】
図１に示すように、ヒートシンク１において、ベース板３の両端に、ベース板３と垂直に、対向する一対の側板４が設置されており、この一対の側板４の間に側板４と平行に、複数の板状のフィン５がベース板３の上に設置されている。また、側板４に、ベース板３と対向するように上板６が設置されている。この上板６とベース板３との間であって、上板６の中央に軸流ファン７がハウジング１１を介して設置されており、軸流ファン７の上部に設けられた入口９から吸い込んだ空気をフィン５、側板４およびベース板３に送る。ベース板３、側板４、フィン５および上板６は、アルミニウム、銅などの熱伝導率が高い金属で構成されることが望ましい。発熱体である電子機器２は、ベース板３のフィン５を設置した面と反対側の面に設置されている。
【００１０】
ヒートシンク１の詳細な構造について説明する。図２（ａ）はヒートシンクのＡ−Ａ断面図、すなわち、側板と平行な方向の断面図である。図２（ｂ）はヒートシンクのＢ−Ｂ断面図、すなわち、側板と垂直な方向の断面図である。
【００１１】
図２に示すように、ヒートシンク１においては、フィン５は、その列方向において軸流ファン７の外側にも設置されており、軸流ファン７の直径ｄは、両端に設置されたフィン５間の距離Ｇｆよりも小さくなっている。また、通風路８は、軸流ファン７の下部を通り、側板４と垂直な方向に一方の側板４から他方の側板４までを結び、フィン５の列方向において軸流ファン７の外側に設置されたフィン５にも空気を送るよう配置されている。フィン５、側板４およびベース板３に送られた空気は、フィン５の両端に設けられた空気の出口１０から放出される。
【００１２】
図２（ａ）に示すように、個々のフィン５は、その高さＨｆに関して、２つの領域に分けられる。軸流ファン７の回転軸１２を含み側板４に対して垂直な面と交わる部分Ｃ（Ｌ＝０）からの距離が軸流ファン７の幅Ｌｆの半分以下の領域（−Ｌｆ／２≦Ｌ≦Ｌｆ／２）を領域Ｄとする。また、軸流ファン７の回転軸１２を含み側板４に対して垂直な面と交わる部分Ｃからの距離が軸流ファン７の幅Ｌｆの半分より離れた領域（Ｌ＜−Ｌｆ／２，Ｌｆ／２＜Ｌ）を領域Ｅとする。
【００１３】
ここで、軸流ファン７の幅Ｌｆとは、側板４と平行な方向のハウジング１１の幅である。なお、軸流ファン７は、必ずしもハウジング１１に収納されている必要はない。軸流ファン７がハウジング１１に収納されていない場合には、軸流ファン７の幅Ｌｆとは、軸流ファン７の半径（ｄ／２）に軸流ファン７の羽根とフィン５とが当たらないように設けられた隙間を足し合わせた長さである。
【００１４】
個々のフィン５の高さＨｆは、軸流ファン７の回転軸１２を含み側板４に対して垂直な面と交わる部分Ｃで最も低く、領域Ｄでは、部分Ｃから離れるに従って高くなっている。また、領域Ｅでは、個々のフィン５の高さＨｆは、ベース板３と上板６との距離に等しく、一定となっている。
【００１５】
一方、通風路８では、側板４と平行な通風断面の形状は三角形をしており、通風路８の底部から上板６までの高さＨｗは、軸流ファン７の回転軸１２を含み側板４に対して垂直な面と交わる部分Ｃが最も高く、側板４と平行な方向に変化し、部分Ｃから離れるに従って低くなっている。
【００１６】
電子機器２が発する熱は、ベース板３を介してフィン５および側板４に伝わる。入口９から軸流ファン７に吸い込まれた空気は、図２（ｂ）に点線の矢印で示すように、通風路８を通り、２つの側板４の間に設置されたすべてのフィン５に送られるとともに、フィン５と同様に電子機器２からの熱を放出する役割を持つ側板４にも送られる。空気は、隣り合ったフィン５の間およびフィン５と側板４との間を流れる際に、フィン５、側板４およびベース板３から熱を奪い、出口１０から放出され、電子機器２は冷却される。
【００１７】
ここで、個々のフィン５の高さＨｆが部分Ｃから離れるに従って高くなっているので、軸流ファン７によって送られた空気は、図２（ａ）に矢印で示すように、部分Ｃに向かって流れ、軸流ファンの中心直下にも空気が流れやすくなる。
【００１８】
以上のように、この実施の形態１に示すヒートシンク１では、軸流ファンの下部を通り、一方の側板４から他方の側板４までを結ぶ通風路８が設けられているので、フィン５の列方向において軸流ファン７の両側に設置されたフィン５にも空気を送ることができ、ヒートシンク１の放熱能力を増大することができる。
【００１９】
また、個々のフィン５の高さＨｆは、軸流ファン７の回転軸１２を含み側板４に対して垂直な面と交わる部分Ｃで最も低く、領域Ｄでは、部分Ｃから離れるに従って高くなっている。すなわち、通風路８の側板４と平行な通風断面における底部から上板６までの高さＨｗは、軸流ファン７の回転軸１２を含み側板４に対して垂直な面と交わる部分Ｃで最も高く、部分Ｃから離れるに従って低くなっている。このため、空気の流れにくい軸流ファン７の中心直下にも空気が流れやすくなり、ヒートシンク１に設置した電子機器２を均一に冷却することができる。
【００２０】
この実施の形態１のヒートシンク１においては、図２（ａ）に示すように、通風路８の通風断面の形状は三角形であるが、通風断面の形状はこれに限られるものではなく、台形でもよい。図３は、ヒートシンクの側板と平行な方向の断面図である。
【００２１】
図３に示すヒートシンク１では、通風路８の側板４と平行な通風断面の形状は、台形である。したがって、個々のフィン５の高さＨｆは、部分Ｃ（Ｌ＝０）の近傍では、部分Ｃと同じ高さで一定となっており、部分Ｃの近傍を除く領域Ｄ（−Ｌｆ／２≦Ｌ≦Ｌｆ／２）では、部分Ｃから離れるに従って高くなっている。このように、部分Ｃの近傍では、部分Ｃと同じ高さで一定となっていても、空気の流れにくい軸流ファン７の中心直下にも空気が流れやすくなり、ヒートシンク１に設置した電子機器２を均一に冷却することができる。
【００２２】
また、この実施の形態１のヒートシンク１においては、図２に示すように、個々のフィン５の形状は、すべて同じであるが、異なっていてもよい。図４は、ヒートシンク１の側板４と垂直な方向の断面図である。また、図５（ａ）は図４に示したヒートシンク１のＡ−Ａ断面図、図５（ｂ）は図４に示したヒートシンク１のＸ−Ｘ断面図、図５（ｃ）は図４に示したヒートシンク１のＹ−Ｙ断面図である。
【００２３】
図４および図５において、軸流ファン７の回転軸１２を含み側板４に対して垂直な面と交わる部分Ｃのフィンの高さＨｆは、フィン５の列方向に軸流ファン７の回転軸１２から離れるに従って高くなっている。なお、図４および図５に示すヒートシンク１においても、個々のフィン５の高さＨｆは、部分Ｃで最も低く、領域Ｄでは、部分Ｃから離れるに従って高くなっていることに変わりはない。
【００２４】
以上のように、個々のフィン５の形状が異なっている場合においても、軸流ファンの下部を通り、一方の側板４から他方の側板４までを結ぶ通風路８が設けられているので、フィン５の列方向において軸流ファン７の両側に設置されたフィン５にも空気を送ることができ、ヒートシンク１の放熱能力を増大することができる。
【００２５】
また、個々のフィン５の高さＨｆは、軸流ファン７の回転軸１２を含み側板４に対して垂直な面と交わる部分Ｃで最も低く、領域Ｄでは、部分Ｃから離れるに従って高くなっている。すなわち、通風路８の側板４と平行な通風断面における底部から上板６までの高さＨｗは、部分Ｃで最も高く、部分Ｃから離れるに従って低くなっている。このため、空気の流れにくい軸流ファン７の中心直下にも空気が流れやすくなり、ヒートシンク１に設置した電子機器２を均一に冷却することができる。
【００２６】
実施の形態２．
実施の形態２に実施の形態１で示したヒートシンク１の変形例を示す。図６は、この実施の形態２におけるヒートシンクの側板と平行な方向の断面図である。
【００２７】
実施の形態１に示したヒートシンク１では、個々のフィン５の高さは、領域Ｄ（−Ｌｆ／２≦Ｌ≦Ｌｆ／２）では、部分Ｃ（Ｌ＝０）から離れるに従って直線的に高くなっている。図５に示すヒートシンク１は、個々のフィン５の高さＨｆが、領域Ｄでは、部分Ｃから離れるに従って曲線的に高くなっている点で、実施の形態１で示したヒートシンク１と異なっている。
【００２８】
このため、通風路８では、側板４と平行な通風断面の形状は半楕円形をしており、通風路８の底部から上板６までの高さＨｗは、軸流ファン７の回転軸１２を含み側板４に対して垂直な面と交わる部分Ｃが最も高く、側板４と平行な方向に変化し、部分Ｃから離れるに従って曲線的に低くなっている。
【００２９】
その他の構成および機能は、実施の形態１に示したヒートシンク１と同様であり、個々のフィン５の高さＨｆは、部分Ｃが最も低い点においても同様である。
【００３０】
以上のように、実施の形態２に示すヒートシンク１においては、個々のフィン５の高さＨｆは、領域Ｄでは、軸流ファン７の回転軸１２を含み側板４に対して垂直な面と交わる部分Ｃから離れるに従って曲線的に高くなっている。すなわち、通風路８の側板４と平行な通風断面における底部から上板６までの高さＨｗは、軸流ファン７の回転軸１２を含み側板４に対して垂直な面と交わる部分Ｃから離れるに従って曲線的に低くなっている。このため、実施の形態１に示したヒートシンク１と同様に、ヒートシンク１に設置した電子機器２を均一に冷却することができる。
【００３１】
実施の形態３．
図７は、この実施の形態３に示すヒートシンクの側板と平行な方向の断面図である。
【００３２】
実施の形態１に示すヒートシンク１においては、個々のフィン５の高さＨｆは、領域Ｅ（Ｌ＜−Ｌｆ／２，Ｌｆ／２＜Ｌ）では、ベース板３と上板６との距離に等しく、一定となっていた。これに対して、実施の形態３に示すヒートシンク１では、個々のフィン５の高さＨｆは、領域Ｅにおいても、部分Ｃ（Ｌ＝０）から離れるに従って高くなっている点で実施の形態１に示したヒートシンク１と異なっている。すなわち、この実施の形態３に示すヒートシンク１では、個々のフィン５の高さＨｆは、フィン５の端部に近づくに従って高くなっている。その他の構成および機能は、実施の形態１に示したヒートシンク１と同様である。
【００３３】
軸流ファン７から送られる空気は、図７に点線の矢印で示すように、軸流ファン７の出口で一度絞られた後、フィン６に沿って次第に広がる。ところが、フィン５の領域Ｅの上部では、空気の流速が遅く、放熱効果にほとんど寄与しない。
【００３４】
そこで、この実施の形態３に示すヒートシンク１では、領域Ｅの上部にはフィン５を設置していない。したがって、個々のフィン５の高さＨｆは、領域Ｅにおいても、部分Ｃから離れるに従って高く、すなわち、フィン５の端部に近づくに従って高くなっている。このため、放熱効果を低下することなく、ヒートシンク１の重量を低減し、製造コストを削減することができる。
【００３５】
なお、図７に示すように、空気がフィン５の間およびフィン５と側板４との間を流れずに、フィン５と上板６との間の空間１３を流れることを防ぐために、軸流ファン７のハウジング１１とフィン５とを接するように設置している。
【００３６】
図７に示すヒートシンク１では、領域Ｅにおいて、個々のフィン５の高さＨｆは、部分Ｃから離れるに従って、すなわちフィン５の端部に近づくに従って、直線的に高くなっている。図８は、ヒートシンクの側板と平行な方向の断面図である。図８に示すように、個々のフィン５の高さＨｆが、部分Ｃから離れるに従って、すなわちフィン５の端部に近づくに従って、曲線的に高くなっていてもよい。個々のフィン５の高さＨｆが、部分Ｃから離れるに従って、すなわちフィン５の端部に近づくに従って、曲線的に高くなっている場合も、放熱効果を低下することなく、ヒートシンク１の重量を低減し、製造コストを削減することができる。
【００３７】
実施の形態４．
図９は、この実施の形態４に示すヒートシンクの側板と平行な方向の断面図である。
【００３８】
実施の形態３に示すヒートシンク１では、側板４と平行な方向のほぼ中央に軸流ファン７が設置されている。図９に示すように、この実施の形態４に示すヒートシンク１は、軸流ファン７が側板４と平行な方向の端部に設置されている点で、実施の形態３に示すヒートシンク１と異なっている。また、この実施の形態４に示すヒートシンク１は、ベース板３の側面であって、フィン５の端部の一方にベース板３に対して垂直に封鎖板１４が設置されており、空気の出口１０は、封鎖板１４とは逆側のフィン５の端部のみとなっている点も、実施の形態３に示すヒートシンク１と異なっている。
【００３９】
図９において、個々のフィン５の高さＨｆは、封鎖板１４と接している端部（Ｌ＝０）が最も低く、空気の出口１０側の端部に向かうに従って高くなっている。このため、通風路８の底部から上板６までの高さＨｗは、封鎖板１４と接している端部で最も高く、側板４と平行な方向に変化し、封鎖板１４と接している端部から離れるに従って低くなっている。
【００４０】
ここで、軸流ファン７から送られる空気の流れは、図９に点線の矢印で示すように、軸流ファン７の出口で一度絞られた後、フィン５に沿って次第に広がる。ところが、領域Ｅ（Ｌ＞Ｌｆ／２）の上部は、空気の流速が遅く、放熱効果にほとんど寄与しない。
【００４１】
そこで、この実施の形態４に示すヒートシンク１では、領域Ｅの上部にはフィン５を設置していない。したがって、個々のフィン５の高さＨｆは、領域Ｅにおいて、封鎖板１４と接している端部から離れるに従って高く、すなわち、フィン５の端部に近づくに従って高くなっている。このため、放熱効果を低下することなく、ヒートシンク１の重量を低減し、製造コストを削減することができる。
【００４２】
なお、図９に示すように、空気が隣り合ったフィン５の間およびフィン５と側板４との間を流れずに、フィン５と上板６と間の空間１３を流れることを防ぐために、軸流ファン７のハウジング１１をフィン５と接するように設置している。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の実施の形態１を示すヒートシンクおよび電子機器の斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示すヒートシンクの断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１を示すヒートシンクの断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１を示すヒートシンクの断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１を示すヒートシンクの断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２を示すヒートシンクの断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３を示すヒートシンクの断面図である。
【図８】この発明の実施の形態３を示すヒートシンクの断面図である。
【図９】この発明の実施の形態４を示すヒートシンクの断面図である。
【図１０】従来のヒートシンクの断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  ヒートシンク、  ２  電子機器、  ３  ベース板、  ４  側板、  ５  フィン、  ６  上板、  ７  軸流ファン、  ８  通風路、  ９入口、  １０  出口、  １１  ハウジング、  １２  回転軸、  １３  空間、  １４  封鎖板。
【図１】
2006237366.tif 000003
【図２】
2006237366.tif 000004
【図３】
2006237366.tif 000005
【図４】
2006237366.tif 000006
【図５】
2006237366.tif 000007
【図６】
2006237366.tif 000008
【図７】
2006237366.tif 000009
【図８】
2006237366.tif 000010
【図９】
2006237366.tif 000011
【図１０】
2006237366.tif 000012